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对于纳米材料来说,界面的部分在材料微观结构中所占比例很大,是其主要微观结构的特征。界面导致的直接后果是,界面处的化学键不对称收缩,这是鲍林(也是诺奖得主,我是很尊敬的)老前辈们研究过的,鲍林的理论对于纳米材料来说,是有局限的,纳米材料不但存在界面作用,还存在不同多个或无数个曲率界面和相对方向界面之间的相互作用,异质界面的不对称色散作用在材料内部的影响也不仅仅限于材料的表面局部,对于纳米材料如此微小尺度来说,是影响到其大部或全部的微观结构的。
界面的色散力作用是可以通过接力赛式的传递一级一级传递很远的;涉及到传递方向,因为纳米颗粒的界面弯曲导致的色散角应力和其相互抵消也不可以被忽略了,这一传递是一有限结构单元计算的不连续结构中阶梯态进行的,这都是鲍林理论未涉及的领域;对于纳米材料存在由于不同界面之间的色散应力或者势能转化抵消而达到动态平衡的介稳结构,我们认为这是纳米材料可以存在的动力学本质。
虽然鲍林先生的理论被视为经典,但是在应用于纳米材料研究领域必须重新考虑。我们提出纳米材料界面色散力的相干作用是对于鲍林理论在纳米领域的发展。(请原谅我曾把泡利和鲍林误混为一人)。不仅限于此,原子间的作用L -J ( Lennard---Jones) 二体势及其它很多量子化学理论,用于纳米材料的计算也都应将界面干扰和界面曲率问题考虑在内来进行修正,这里面涉及色散应力抵消的问题。
纳米粒子、纳米管和纳米线都存在我讲的这一问题,我们在纳米颗粒研究中,测试其性质时(这会在以后文章中陆续发表)发现了反常现象,为了解释它,所以提出了上述界面效应传递和相干的理论解释。正因为此界面的作用,所以所有的纳米材料特性存在一个最大的可稳定存在尺度,而且每一种材料都可能不同,所以对于纳米材料规定统一的尺度是不对的,这也是我们对于纳米材料定义提出异议的理论依据。
对于石墨烯和碳纳米管,它之所以存在,正是我们这一观点的两个实际例证。
石墨烯之所以能在现实中存在,正因为其边界和边界相干的色散力作用,使其获得一个动态平衡;也因此它不能无限更大获得宏观尺度,正因为其异质界面作用的色散应力在传递过程会衰减和来自其他界面之间色散应力会发生抵消。石墨烯面积扩大后,就像一个四面绷紧的网球拍的网,球拍越大,网中心点的可变形性越大,最终变形超过了网线的塑性变形最大限度就会破裂,除非你加大球拍周围的拉线的固定力量。但是石墨烯碳碳边界化学键的键能却是固定的,所以可以发出的色散应力是有限度的,这决定了石墨烯存在一个可能稳定存在的最大尺寸。所以诺奖委员会和诺奖得主对宣传和研究的材料认识不清,还有很多跟风的研究也存在认识混乱的问题。(具体见我另一篇博文,诺奖石墨烯再释疑)
对于碳纳米管,可以从两个唯度上来说,从径向来说,纳米管变粗,由单壁变多壁,必然导致碳碳外界和内界的不对称色散应力(注意这一应力大小是有限度的)发生抵消和发散传递作用,发散传递导致的结果是增强了抵消作用,在增大到一定直径后,碳纳米管内部必然要出现应力不能抵消其角应力问题,纳米管破裂了,所以碳纳米管不可能变得很粗。从轴向上来说,纳米管的端部的色散应力也存在发散传递和角应力抵消问题,这一应力大小有限度,决定了碳纳米管长度有一个限度,至于纳米管束(注意不是指多壁单管)生长更长,恰恰说明了不同纳米管束之间的支撑起到了让本该断裂的碳纳米管能在延长一些而已,但是其性能已经变化,所以碳纳米管束性能存在一个最优的长度直径比(受碳碳键能限制),这个长度和直径也不可能扩得很大,按照我的理论计算到分米级已是极限,很多跟风的研究也存在认识混乱的问题。
碳巴基球在累积成块体时,也存在同样问题,也不看可能保持其单分子特异性质到更大尺度。
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